装甲车辆典型强散射源雷达隐身涂料应用研究

李　辉，张天才，李　兵，邓爱明，魏文政

(中国兵器工业第五九研究所, 重庆　400039)



装甲车辆典型强散射源雷达隐身涂料应用研究

李辉，张天才，李兵，邓爱明，魏文政

(中国兵器工业第五九研究所, 重庆400039)

摘要：目的：为装甲车辆典型强散射源提出隐身材料的应用建议，为装备隐身外形设计及隐身涂料应用提供参考。方法：模拟装甲车辆外形结构，制备典型强散射源构件试样。在微波暗室10 GHz和35 GHz雷达波段下，对涂装吸波涂料前后的试样进行对比测试，分析测试结果。结果：涂装毫米波或厘米波吸波涂料对炮塔和底盘结合部RCS大于-10 dBsm的角域方向减缩效果明显，平均可达10 dBsm，而RCS小于-10 dBsm的角域减缩效果不显著；涂装毫米波吸波涂料对棱边的RCS具有一定的减缩效果，且随着棱边夹角增大，效果越明显，可达20 dBsm，但涂装厘米波吸波涂料效果不明显；对于首上装甲，采用吸波涂料可将弧形法线方向和次强散射角域的RCS缩减至3 dBsm以下；对于二面角，涂装吸波涂料对RCS减缩效果不明显。结论：对于炮塔和底盘结合部腔体、车体二面角等部位，隐身处理应以整形为主，对于不能整形的，应涂装厘米/毫米兼容的吸波涂料；对于法向不在威胁角域的棱边面，可不涂装厘米波吸波涂料，但应该涂装毫米波吸波涂料；对于弧形结构等组成复杂的首上部件，需要涂装厘米/毫米兼容的吸波涂料。

关键词：隐身技术；散射源；吸波材料；应用建议

本文引用格式：李辉，张天才，李兵，等.装甲车辆典型强散射源雷达隐身涂料应用研究[J].兵器装备工程学报，2016(1):43-47.

Citation format:LI Hui，ZHANG Tian-cai，LI Bing，et al.Application Research on Radar Stealth Coating Materials for Typical Strong Scattering Sources of the Armored Vehicle[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(1):43-47.

雷达具有探测距离远、抗干扰能力强、全天候工作等得天独厚的优势，在现代战场中占有重要地位，是现代战争侦测手段中最可靠、也是应用最广泛的一种探测设备[1-2]。因此，针对雷达探测识别的雷达隐身在隐身技术领域占有非常重要的地位，是装备隐身的重要研究内容[3-4]。雷达隐身技术是采取多种措施降低目标对雷达电磁波的反射特性，使雷达接收到的目标回波信号能量大幅度减少，雷达对目标的探测距离大大缩短的技术。目前，大部分设计观点认为，通过减小坦克装甲车辆的外形尺寸来实现雷达隐身，但是，在坦克装甲车辆传统结构形式下，要使坦克装甲车辆的尺寸有较大幅度缩小是不可能的。通过隐身外形设计，能散射30%左右的雷达波，但要进一步提高雷达隐身效果，应在坦克装甲车辆的设计制造中使用吸波材料[5]。

吸波材料作为一种重要的军事功能材料，其作用是减少或消除雷达等对目标的探测，达到战场隐身提高自身生存力的目的[6-7]，雷达吸波材料是一种能够吸收电磁波、降低目标雷达特征信号，使其具有难以被发现、识别的功能性材料[8]，具有不改变目标外形[9]而实现较好隐身效果的优点，是实现武器装备雷达隐身的主要途径之一，也是最常用且行之有效的隐身手段之一[10]，广泛应用于雷达吸波领域[11-14]。

本文通过开展吸波材料在典型强散射源上的减缩效果研究，提出吸波材料的应用建议，为目标进行隐身设计与吸波材料应用提供参考。

1典型散射源散射特性分析

传统装备外形一般比较复杂，容易形成一些强散射源[15]。据报道，坦克装甲车辆未进行隐身设计前，其8 mm波段雷达散射截面积(RCS)在数十平方米到数百平方米，对于典型威胁雷达，坦克车辆具有电大尺寸特点，整个RCS可以看成有数个显著贡献的强散射源和数目更多的贡献较小的弱散射源构成[16]。

传统的坦克设计师并没有考虑控制和减小雷达回波，因此坦克上存在众多的散射中心，特别是角反射器(包括方三角反射器和直二面角反射器)，这是坦克RCS的主要来源；其次是垂直雷达威胁方向的车体表面、炮塔表面以及外露部件表面形成的RCS尖峰；炮管是坦克上最长的圆柱体，它在侧面对坦克整体RCS的影响不能忽视[16]。

对于坦克车辆来说，构成雷达散射的几何形体主要有方三面角反射器、直两面角反射器、平板、圆柱、球、直边缘、曲边缘、尖点和表面波等，几类典型的散射结构如图1所示。其中方三面角反射器在很宽角域形成三维强散射，是回波最强的散射结构，直二面角反射器次之，在二维宽角域形成强散射；方三面角和直二面角反射器是最强的散射结构，在雷达波入射的较宽角域形成了强的回波，这是由于入射雷达波与角发射器的各个面形成多次反射回到入射方向。平板结构在雷达波垂直入射较窄的角域形成非常强的RCS尖峰；圆柱体散射较平板弱，但在整个垂直轴线的角域内形成大小相等的回波；球形散射较圆柱体弱，但在雷达的任何入射方向均形成散射；直边缘、曲边缘、尖点等散射较弱[17]。雷达隐身即针对雷达散射结构，采用隐身外形设计使回波偏离雷达天线接受方向，或采用吸波材料技术抑制回波信号。

图1　几类典型的散射结构

目前，地面车辆外形设计处在起步阶段，采用吸波材料对已有外形装备处理是实现雷达隐身的可行手段。以装甲车辆为例，其主要强散射源有炮塔和底盘构成的二面角、车体棱边、前首装甲、正二面角等[18]，根据这些构件的外形结构，制备了不同组合的四棱台组合体模拟炮塔及其与底盘间的二面角、车体棱边以及前首装甲，如图2所示，在微波暗室对涂装吸波涂料前后的试验样件进行测试。

2强散射源雷达隐身涂料应用试验与分析

2.1炮塔与底盘夹角涂装吸波涂料性能对比

根据车辆的外形布局，设计底盘与炮塔之间的夹角分别为0°～25°、-10°～+15°和-10°～+25°，在夹角内分别涂装毫米波吸波涂料与厘米波吸波涂料，测试35 GHz和10 GHz涂装吸波涂料前后的RCS。不同夹角下涂装吸波涂料前后的RCS测试对比结果如图3和图4所示。

图3为不同夹角构件在35 GHz的测试结果，可以看出，在35 GHz毫米波段，随着底盘与炮塔之间的夹角角度增大，RCS是逐渐增大的，涂装吸波涂料对构件RCS大于-10 dBsm的角域方向减缩效果明显，而RCS小于-10 dBsm的角域减缩效果不显著。

图2　雷达波强散射源模拟构件

图3　炮塔与底盘不同夹角涂装吸波涂料前后

图4为不同夹角构件在10 GHz的测试结果，可以看出，在10 GHz厘米波段的RCS变化与毫米波段的衰减趋势一致，涂装吸波涂料在构件RCS大于-10 dBsm的角域方向减缩效果明显，RCS小于-10 dBsm的角域减缩效果不显著。

图4　炮塔与底盘不同夹角涂装吸波涂料前后

2.2棱边涂装吸波涂料性能对比

将棱边角度设为30°、45°和60°，在棱边外表面涂装吸波涂料，测试35 GHz和10 GHz涂装吸波涂料前后的RCS。图5为不同夹角棱边涂装毫米波吸波涂料前后的测试对比曲线，图6为不同夹角棱边涂装厘米波涂料前后的测试对比曲线。

从图5可以看出，在毫米波段，涂装吸波涂料后对于不同夹角棱边的RCS均具有一定的减缩效果，随着棱边夹角的增大，构件RCS减缩效果越明显。

从图6可以看出，在厘米波段，涂装吸波涂料后，除了垂直于平面法线附近具有良好的缩减效果以外，其余方向厘米波减缩效果较差；法线方向虽然减缩效果良好，但RCS仍然巨大，采用隐身材料也不能将峰值抑制到阈值以下。

2.3首上装甲涂装吸波涂料性能对比

图7为首上装甲涂装吸波涂料前后在35 GHz、10 GHz角域对比曲线RCS对比曲线。从图7可以看出，对于首上装甲，除了对两边垂直面和弧形面的法线方向附近有良好的衰减以外，对一些次强散射角域也有良好的衰减，采用隐身材料可将弧形法线方向和次强散射角域的RCS缩减至3 dBsm以下。

图5不同夹角棱边涂装毫米波涂料前后

在35 GHz角域对比曲线

图6不同夹角棱边涂装厘米波涂料前后

在10 GHz角域对比曲线

图7　首上装甲涂装吸波涂料前后在35 GHz

2.4二面角涂装吸波涂料性能对比

在45°及90°的二面角内部涂装厘米波吸波涂料(吸波涂料在10 GHz雷达波反射率为-12 dB)，涂装吸波涂料前后正二面角的RCS对比试验结果见图8所示。

图8　二面角涂装吸波涂料前后

由图8可以看出，在二面角内涂装吸波涂料，基本能消除由于二面角形成的反射峰，且反射衰减效果大于平板垂直反射，这是由于吸波涂料对雷达波在二面角内进行了多次反射衰减，因而反射衰减效果好于平板的一次反射衰减。但是虽然采用隐身材料，直二面角和锐二面角角域范围内的RCS值依然很高。因此，对于二面角的处理主要采用整形为主，对因其他原因不能整形，应在其内表面采用反射率低的吸波材料抑制二面角形成的宽角域强散射。

3结论

本文研究了装甲车辆底盘与炮塔结合部腔体、棱边、首上装甲、二面角等装备车辆典型强散射源在应用不同种类吸波涂料前后的RCS减缩效果，根据装备构件的不同外形，提出如下雷达隐身吸波涂料应用建议，供装备隐身外形设计及隐身材料应用参考。对于腔体、锐二面角等部位，其隐身处理应以整形为主，对于不能整形的，应涂装厘米/毫米兼容的吸波涂料；对于法向不在威胁角域的棱边面，可不涂装厘米波吸波涂料，但应该涂装毫米波吸波涂料；对于弧形结构等组成复杂的首上部件，需要涂装厘米/毫米兼容的吸波涂料。

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(责任编辑周江川)

【装备理论与装备技术】

Application Research on Radar Stealth Coating Materials for

Typical Strong Scattering Sources of the Armored Vehicle

LI Hui，ZHANG Tian-cai，LI Bing，DENG Ai-ming，WEI Wen-zheng

(NO.59 Institute of China Ordnance Industry，Chongqing 400039, China)

Abstract:Objective To provide application suggestions of stealth materials for the strong scattering sources of the armored vehicle and to provide reference for stealth shape-design and application of stealth coatings for the military equipment are the aims. Methods Typical strong scattering sources samples were prepared by simulating the structure of armored vehicle. The samples with or without wave-absorbing coating materials were tested in the microwave anechoic chamber in 10 GHz or 35 GHz angle-domain, and the test results was analyzed. Results Millimeter or centimeter wave-absorbing coating can provide obvious effect for the cavity between the turret and chassis where RCS is bigger than -10 dBsm，with an average of up to 10 dBsm，but it is not significant for the place where RCS is less than -10 dBsm；millimeter-wave absorbing coating on the edge surface can reduce RCS，with the edge angle increasing the effect that is more obvious，which is up to 20 dBsm，but the reduction effect of centimeter-wave absorbing is not obvious；for the top parts，wave-absorbing coatings can reduce the RCS of normal direction of the arc parts and the secondly stronger scattering angle domain to less than 3dBsm，for the dihedral angle，RCS reduction effect was not obvious for the wave absorbing coating. Conclusion For the cavity between the turret and chassis, dihedral angle of the vehicle body，shape changing is the main stealth method，if the shape can’t be changed，centimeter/millimeter-wave compatible absorbing coating materials should be painted；For the edge surface whose normal direction isn’t in the threat angle-domain，centimeter-wave absorbing coating materials are not necessary，but millimeter-wave absorbing coating materials should be painted；For the top parts with arc-structures，centimeter/millimeter-wave compatible absorbing coating materials should be painted.

Key words:stealth technology; strong scattering source; absorbing materials; application suggestion

文章编号：1006-0707(2016)01-0043-05

中图分类号：TJ811;TJ765.5

文献标识码：A

doi:10.11809/scbgxb2016.01.010

作者简介：李辉(1983—)，男，工程师，主要从事雷达波隐身材料研究。

基金项目：国家自然科学 (U1230129)

收稿日期：2015-07-27；修回日期：2015-08-15